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1、 目录目录 目录1 摘要2 关键词2 Abstract2 Key words2 1引言3 2研究现状及设计目标3 3 锅炉基本工艺过程分析3 4 锅炉汽包水位动态特性分析3 4.1 给水流量 W 作用下的汽包水位 H 的动态特性4 4.2 汽包水位 H 在蒸汽扰动 D 扰动下的动态特 性5 5 锅炉液位的控制方案6 6 系统实现7 6.1 硬件设计7 6.1.1 输入模块7 6.1.2 键盘/显示模块8 6.1.3 报警模块9 6.1.4 输出模块10 6.2 软件设计10 6.2.1 干扰来源及其预防10 6.2.1.1 硬件防干扰10 6.2.1.2 软件防干扰11 6.2.2 软件设计1
2、2 7 应用14 致谢15 参考文献16 附录 1 主程序17 附录 2 定时器 T0 中断服务程 序20 2 基于 AT89C51 单片机的锅炉液位控制系统 摘要：本文首先分析了锅炉基本的工艺过程；针对锅炉汽包水位动态过程，设计了锅炉液位的控制 方案，该方案采用了三冲量串级控制来实现对汽包液位的控制；针对该方案,文中给出了系统的软 硬件设计：硬件方面以 AT89C51 单片机作为控制系统的中央处理单元，完成对数据采样、运算、 Intel 8155H 初始化、内部资源初始化、定时器初始化，以及键盘扫描、显示、报警等内容的循环 处理；软件程序包括主程序和定时器 T0 中断服务程序两大模块。该系统
3、能很好地克服“虚假水位” 现象，将汽包液位控制在给定的范围内，保证了生产的正常进行。 关键词：汽包水位；串级三冲量控制；单片机 The Liquid Level Control System of Boiler Based on AT89C51 Single Chip Computer Student majoring in Automation in grade 2003 Wu Fengling Tutor Wang Huajian Abstract：The main body of this paper have analysed fundamental procedure of boil
4、er first; For the boiler vapor bag liquid levels dynamic process,we designed the liquid level control system of boiler.This scheme adopted impulse three and serial control scheme to control vapor bag liquid.This paper gave the hardware design and the software design of the system for this scheme:Thi
5、s system is AT89C51 single chip computer as central treatment element of controlling system at hardware aspect,completing to sample the data,arithmetic,internal Intel 8155H,resource and timer handle as well as contents such as keyboard scaned,displaying,giving an alarm cycles;The software program in
6、cluded the host procedure and the timer T0 interruption servicer two big modules.This system is able to overcome “false liquid level “ phenomenon very well and the boiler vapor bag liquid level has been controlled within the given range.This ensured that the regularity of producing is in progress. K
7、ey words:boiler liquid level;impulse three and serial control;single chip computer 3 1引言 汽包液位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，液位过高，会使蒸汽带水 过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降， 严重时将引起蒸汽品质下降，影响生产和安全；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循 环，引起水冷壁局部过热而损坏，严重时会发生锅炉爆炸。尤其是大型锅炉，一旦控 制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，造成重大事故。因此，在锅炉运行 中，保证汽包水位在正常范围是非常重要的。 本论
8、文首先分析了锅炉基本的工艺过程；然后进行了锅炉汽包水位动态过程分析， 包括给水流量作用下的动态特性分析和汽包水位在蒸汽扰动下的动态特性分析；其次 就是设计了锅炉液位的控制方案；最后就是系统实现的设计，包括硬件设计和软件设 计。 2 研究现状及设计目标 本系统与 PLC 控制系统相比将大大降低使用成本，提高控制运行速度。经过两个 多月的性能测试与分析，该系统能很好地克服“虚假水位”现象，将汽包液位控制在 给定的范围内，保证了生产的正常进行，具有一定的应用和推广价值。 3锅炉基本工艺过程分析 图 1 锅炉的汽水系统 1-给水管；2-调节阀；3-省煤器；4-汽包；5-下行管；6-上行管；7-过热器；
9、8-蒸汽管 工业锅炉汽水系统如图 1 所示。汽包及蒸发管道中贮存着蒸汽和水。贮存量的多 少，是以被测量水位表征的。给水管道的水经过调节阀，进入省煤器,靠锅炉的烟气加 温，然后进入汽包，汽包和上、下行管道内的水被锅炉燃烧系统产生的热量加热成饱 和蒸汽，经过热器加热成过热蒸汽，然后进入主蒸汽管道。当给水流量等于蒸汽流量 时，汽包水位就恒定不变。 4 4锅炉汽包水位动态特性分析 汽包水位的扰动主要有 4 个来源：一是给水方面的扰动，包括给水压力的变化和 减温器调节阀开度的变化，这个扰动来自给水管道和给水泵；二是蒸汽负荷的扰动， 包括蒸汽管道阻力的变化和蒸汽调节阀开度的变化；三是燃料量的变化，包括引起
10、燃 料发热量变化的燃料热值、燃料压力、含水量等种种因素；四是汽包压力的变化，压 力变化对汽包水位的影响是通过汽包内部汽水系统在压力升高时的“自凝结”过程和 压力降低时的“自蒸发”过程起作用的。由于燃料量对汽包水位的影响有传递滞后和 容积滞后，影响十分缓慢，可以略去不计。对于汽包压力的变化往往是由于蒸汽负荷 变化引起的，因此，压力的变化可归到蒸汽负荷中去，所以压力变化对汽包水位的影 响可略去不计。这样在锅炉汽包水位的控制系统中，引起汽包水位变化的主要扰动是 蒸汽流量的变化和给水量的变化。下面我们将着重分析在给水流量（称为内干扰）和 蒸汽流量（称为外干扰）扰动下，汽包水位调节对象的动态特性。 4.
11、1 给水流量 W 作用下的汽包水位 H 的动态特性 如果蒸汽负荷量 D 不变，给水流量 W 产生阶跃变化时，汽包水位调节对象的动态 方程式可近似表示为： G(s)=H(s)/Uw(s)=k0/s*es（1） 图 2 给水扰动下的水位响应曲线 其中：s复参数；H(s)液位 h(t)的拉氏变换；Uw(s)给水流量 uw(t)的拉氏变换； G(s)锅炉在给水流量变化时的数学模型；k0反应速度，即给水流量改变单位流量时， 5 水位的变化速度， （mm/s）/（t/h） ；延迟时间，s 出现时滞的原因是：给水温度低于 汽包内饱和水温度，当给水流量增加时，需从饱和水中吸收部分热量，因此，水位下 气泡容积减
12、少，只有当水位下气泡容积变化达到平衡后，给水量增加才与水位变化成 比例增加。表现在响应曲线的初始段，水位的增加比较缓慢，可用时滞特性近似描述。 根据上述，如果给水温度低，则从饱和水中吸收的热量要多些，时滞也要大些。例如， 非沸腾式省煤器锅炉时滞约为 30100s，沸腾式省煤器锅炉的时滞约为 100200s。反 应速度也可用响应时间 T0 表示。响应时间是给水流量变化 100%时，水位变化所需的 时间。这里，100%表示给水量允许变化的最大范围。因此，有 T0=1/ k0。 从（1）式中可看出，汽包水位在给水流量作用下的动态特性是由一个积分环节和 一个延迟环节所组成。在给水流量扰动下，汽包水位响
13、应曲线如图 2 所示。如把汽包 及水循环系统当作单水槽对象，水位的响应曲线应该如图 2 的直线 h1 所示。考虑到给 水温度低于汽包内的饱和水温度，当它进入汽包后吸收了原有的饱和水中的一部分热 量，使锅炉的蒸汽产量下降，水面以下的汽包总体积 Vs 也就相应减少，导致水位下降。 Vs 对水位的影响可以用图中的曲线 h2 表示。水位的实际响应曲线是 h1 和 h2 的总和。 从图 2 可知，响应过程有一段延迟时间 。给水的过冷度越大，纯延迟时间也越大。 4.2 汽包水位 H 在蒸汽流量 D 扰动下的动态特性 图 3 蒸汽流量扰动下的水位响应曲线 6 在给水量不变的情况下，当负荷蒸汽量发生阶跃变化后，汽包水位调节对象的动 态特性可近似表示为： Gd(s)=H(s)/Ud(s)=-kf/s+k2/(T2s+1)（2） 式中： Ud(s)蒸汽负荷 ud(t)的拉氏变换；Gd(s)蒸汽负荷 ud(t)作用下锅炉的数学模 型； kf响应速度，即蒸汽变化单位流量时，水位的变化速度（mm/s）/（t/h） ；k2 响应曲线 h2 的放大系数；T2响应曲线 h2 的时间常数。 在蒸汽流量扰动下，汽包水位响应曲线如图 3 所示。汽包水位的特性曲线可分为 h1 和 h2 两部
